现代化智慧农业解决方案 第一章 概述 （一）前言 在农业生产过程中，农作物的生长与自然界的多种因素息息相关，其中包括大气温度、 大气湿度、土壤的温度湿度、光照强度条件、二氧化碳浓度、水分及其他养分等等。传统农业作 业过程中，对这些影响农作物生长的参数进行管理，主要依靠人的感知能力，存在着极大的不准 确性，农业生产也就成为一种粗放式管理，达不到精细化管理的要求。随着科学技术的发展，伴 随着城镇化改革的进行，在农业生产过程中，越来越多的劳动力被解放出来，劳动力成本不断增 加，传统农业无法进一步的发展，也逐渐滞后于社会的发展。因此，对传统农业的要求在不断提 高，将先进技术应用于农业将得到广泛推广，智慧农业随之产生。 （二）、智慧农业发展现状 1、政策方面 以建设现代化农业为着力点，以实现农业增效、农民增收为目标，以提高增效为核心， 以提高农业产业化水平和增强农业综合生产能力为主线，大力发展特色农业、绿色农业、科 技农业，加快推进农业全面发展，努力实现我国农业发展的新跨越。 2、技术方面 随着物联网技术的不断发展，越来越多的技术应用到农业生产中。目前，远程监控 系统、无线传感器监测等技术日趋成熟，并逐步应用到了智慧农业建设中，提高了农业生 产的管理效率、提升了农产品的附加值、加快了智慧农业的建设步伐。 3、应用方面 目前，利用基于云计算核心的 GPRS 模块，采集农业生产信息，通过云计算中心或 短信进行简单设置后即可将任何设备的数据传输到农业云管控平台，并可通过农业云管控 平台下发控制指令，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，使农业 生产自动化、智能化，并可远程控制。 温室大棚在不适宜植物生长的季节，能提供生育期和增加产量，多用于低温季节喜 温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。因此对种植作物生长环境的要求要精确的多。 大多数农户加温、浇水、通风等，全凭感觉。人感觉冷了就加温，感觉干了就浇水，感觉 闷了就通风，没有科学依据。农业进入信息化时代后，对温室内部的空气温湿度、土壤温 湿度、二氧化碳浓度及光照等农业环境信息的采集也越来越重视。因此，将物联网技术引 入温室大棚中来，实现温室种植的高效和精准化管理。 （三）需求分析 本方案研发的基于云计算核心的物联网智慧农业控制系统将所有控制终端连接到云 计算服务器，云计算中心服务器采用多端口、多进程、多线程复合通讯技术，能够支持极 大量的终端同时连接，并且能够做到实时数据传输与控制。另一方面，可以通过控制中心 对不同的终端设备进行协议设置，云计算服务器会将协议透传给终端设备。 1、项目建设是民生所向。目前我国粮食生产实现“十一连增”，农民增收实现“十一连快” 。 然而在粮食连年丰收的背后，我国农业持续发展的压力明显加大，通过推进农业智能化建设， 加快农业发展方式的转变，从依靠拼资源消耗、拼农资投入、拼生态环境的粗放经营，尽快转 到注重提高质量和效益的集约经营上来。将推动“物的新农村”和“人的新农村”建设齐头并进。农 业已成四化“短板”，推进农业智能化刻不容缓。 2、项目建设是行业发展趋势。智慧农业已成为合理利用农业资源、提高农作物产量 和品质、降低生产成本、改善生态环境及农业可持续发展的前沿性农业科学研究热点之一。 智慧农业技术的引进和应用会给我国农业发展带来新的机遇,为我国推广、应用和发展现代 化农业起着示范和推动作用 。 3、项目建设为国家农业科技规划及相关政策重点支持发展领域。我国政府部门高度重视 我国农业的发展，先后出台了一系列政策，全力支持“十二五”期间我国农业的发展，并且明确规 定，积极调整支出结构，不断加大投入农业物联网建设，主要包括环境、动植物信息检测，温室 农业大棚信息检测和标准化生产监控，精农业中的节水灌溉等应用模式。 （四）方案的目的 智慧农业发挥在 3G 网络、云计算技术、物联网技术、全球眼技术等方面的优势，积极 响应国家号召，参与智慧农业建设。提供了从科学育种、农作物精细管理、农作物远程控制到 食品溯源、农机定位等智慧农业的一系列解决方案。发展智慧农业能够加速提升农业科技水平 ， 进一步增强农产品竞争力,实现高效农业，保护环境、促进农业的可持续发展。 第二章 系统总体设计 （一）系统设计原则 本方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、 维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系 统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。其具有以下原则： 1、先进性与适应性 系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件编程和 操作使用简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。该系统集国际众多先进技术 与一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要 求。同时系统是面向各种管理层次使用的系统。其功能和配置以能给用户提供舒适。安全、 方便、快捷为准则，其操作应简便易学。 2、经济性与实用性 充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和 适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能 价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济适用。 3、可靠性与安全性 系统的设计具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、 完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以 保证系统的运行安全。 4、开放性 以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状的发展趋势， 可以消防、防盗、聚光系统实现联动，可实现远程控制。 5、可扩充性 系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。 并根据今后该项目工程的实际要求扩展功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今 后的发展要求。 6、追求最优化的系统设备配置 在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化 的系统设备配置，以尽量降低系统造价。 7、保留足够的扩展容量 该项目设置的控制容量保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留 与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。 8、提高监管力度与综合管理水平 本项目系统设备控制需要高效率、准确及可靠。本系统通过中央控制系统对各子系统 运行情况进行综合控制，时时动态掌握监视及报警情况。闭路电视监控大大减少劳动强度， 减少设备运行维护人员；另外，系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳情况 下运行，既可节能，又可大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高监管力度与综合 管理水平。 （二）系统结构 智慧农业控制系统 智慧农业控制系统能够将多达几十万台的控制终端同时连接到云计算中心，可以在同一 平台下对多个地区，多个控制点进行集中控制，更能够进行大范围综合计算与综合控制。 （三）系统特点 1、基于云计算核心 Wiscloud 智慧农业控制系统基于云计算核心，分组控制与用户不需要自建服务器 ， 不需要固定 IP，只要一台能够上网的电脑/平板/手机即可通过云计算平台对多个地区的多 个终端进行控制，所有数据记录在云计算数据中心，数据永不丢失，可以方便的进行历史 数据查询与分析。 2、最强的控制能力 Wiscloud 智慧农业控制系统终端主机具有 5 个 485 及 232 通道以及 12 个专用 扩展通道，核心系统支持线程模式，可同时采集多个通道的数据，通过扩展通道可以扩展 大量的采集模块，通过云计算中心能够对每个扩展模块的控制通道进行采集控制，单个终 端主机可扩展至多达 4096 个 A/D 通道，1792 个 IO，1024 个 RS485 接口以及 512 个 12 位 D/A 通道，具有极强的扩展及控制能力。 3、无需任何编程 Wiscloud 智慧农业控制系统终端机采用触摸屏一体化设计，在施工部署时不需要 任何的编程，具有完美的模糊控制理念及控制算法，可以将所有输入输出接口进行任意组 合控制，并且可以完全脱离云计算中心自动运行，也可以通过云计算中心进行极端复杂的 流程控制。 4、开放&开放 Wiscloud 智慧农业控制系统开放所有控制终端、控制模块、云计算平台接口，软件 企业可以用自己的软件对智慧农业控制系统进行控制，形成自己的软/硬件自动化控制产品， 物联网及自动化控制企业可以将硬件接入到智慧农业控制系统的云计算平台中，通过云计算 平台进行实时通讯，实时控制，并可集合大量终端进行综合控制，并能够将历史数据保存到 云计算中心。 （四）系统功能 1、基于云计算平台：拥有自己的云计算中心，无需自建机房和数据中心，可以在手 机、平板等任意终端连接到云计算中心，进行高效率的数据运行及运算能力，并可以在云 端对所有设备进行设定，实现了随时调用，随时监管，随时控制。 2、系统成本低：省去了 PLC 系统自拉光纤、自架服务器、购买 UPS 和蓄电池等 额外的财力消耗，同时也省下了后期昂贵的系统维护费用。 3、控制能力强大：单机可承载 1 万以上的终端连接数量且运行毫无负担。物联网 控制终端主机具有 5 个 485 及 232 通道以及 12 个专用扩展通道，嵌入式软件开发时采 用了线程模式，可同时采集多个通道的数据，通过扩展通道可以扩展大，终端主机能够将 扩展模块的数据自动打包上传到云计算中心，也可以通过云计算中心对每个扩展模块的控 制通道进行控制，单主机通过扩展可实现多达 2048 以上通道的数据采集以及控制。 4、扩展能力强大，扩展方便快捷：可达到无缝扩展至 10 万以上的终端连接数量， 独自研发的物联网终端设备的透传协议，使后期新增扩展模块时无需重新编程，模块的通 用性强，自带输入、输出、485、Mbus、模拟量采集适应用户的新增需求。 5、稳定性强：一体化开发的自有系统，直接集成通信模块，信息实时传输、反馈、 报警、处理，我们的主机高度集成化，把触摸屏的控制、DTU 和主机的处理部分、以及采 集部分、下位机通信部分集成一体，任何节点的损坏都不会影响整个系统的运行，运行更 加稳定。 6、人性化服务：支持地理信息系统，触摸屏终端可随时提供动态数据，提供系统 运行的评价指标，提供对运行分析和参数预测所需的各种温度、湿度和流量分配的图表， 对同类参数进行分析比较，并可进行人性化参数重置。 7、后期运维方便：系统不需要专门维护，一旦发生故障，根本不需像老式系统那样 等待专业人员现场编程调试，只需请电工按照操作要求重新安装备选模块即可，傻瓜式操作， 方便快捷，时效性高。 8、兼容性强：能兼容并学习市面上几乎所有品牌的热表、压力表等设备的协议， 进行远程操作，无需配备指定设备，利于厂家控制设备